高纯氧化铝陶瓷基板解析
氧化铝(Al2O3)陶瓷是目前应用最广泛的陶瓷封装基片材料,具有强度高、耐高温、耐热冲击性和电绝缘性及耐腐蚀性能力强等优良性能,且廉价易得,常见的氧化铝基板是白色,用作LED基板、高频电路基板等,但有些用途需要避免氧化铝基板反射光线,因此产生了黑色氧化铝的产品。
氧化铝有许多同质异晶体,-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3等,其中以α-Al2O3的稳定性较高,其晶体结构紧密、物理性能与化学性能稳定,具有密度与机械强度较高的优势,在工业中的应用也较多。
氧化铝陶瓷通过氧化铝纯度进行分类,氧化铝纯度为>99%被称为刚玉瓷,氧化铝纯度为99%、95%和90%左右被称为99瓷、95瓷和90瓷,含量> 85%的氧化铝陶瓷一般称为高铝瓷,99.5%氧化铝陶瓷的体积密度为3.95g/cm3,抗弯强度为395MPa,线性膨胀系数为8.1×10-6,热导率为32W/(m·K),绝缘强度为18KV/mm。
氧化铝陶瓷基片根据纯度可分为90瓷、96瓷、99瓷等不同的型号,主要区别在于基板掺杂量不同,掺杂量越少,基片纯度越高,不同纯度的氧化铝陶瓷基片的电性能、机械性能都有一定的区别,纯度越高的陶瓷片其介电常数越高,介质损耗越低,其基板的光洁度越好,纯度为99.6%的氧化铝陶瓷片的介电常数为9.9@1MHz,而纯度为96%的氧化铝陶瓷基片的介电常数为9.6@1MHz,虽然二者介电常数只差零点几,但在微波射频设计中已经是一个相当大的误差,同样采用99瓷和96瓷加工而成的器件可能就因为零点几的介电常数而使器件的电性能有着质的区别,一般来说纯度越高的氧化铝陶瓷基板其价格也相对较高。
氧化铝陶瓷的种类
氧化铝陶瓷根据纯度可分为分为纯高型和普通型两种。
① 高纯型氧化铝
高纯型氧化铝陶瓷是Al2O3含量在99.9%以上的陶瓷材料,由于其烧结温度高达1650~1990℃,透射波长为1~6μm,一般制成熔融玻璃以取代铂坩埚,利用其透光性及可耐碱金属腐蚀性用作钠灯管;在电子工业中可作集成电路基板与高频绝缘材料。
② 普通型氧化铝陶瓷
普通型氧化铝陶瓷按Al2O3含量不同分为99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品种(指Al2O3含量分别为99%、95%、90%、85%等),主要区别在于基板掺杂量不同,掺杂量越少,基片纯度越高,不同纯度的氧化铝陶瓷基片的电性能、机械性能都有一定的区别,纯度越高的陶瓷片其介电常数越高,介质损耗越低,其基板的光洁度越好,有时Al2O3含量在80%或75%者也划为普通氧化铝陶瓷系列。
▼不同Al2O3含量的Al2O3陶瓷基片的典型性能
不同Al2O3含量的Al2O3陶瓷基片的典型性能
其中99氧化铝瓷材料用于制作高温坩埚、耐火炉管及特殊耐磨材料,如陶瓷轴承、陶瓷密封件及水阀片等;95氧化铝瓷主要用作耐腐蚀、耐磨部件;85瓷中由于常掺入部分滑石,提高了电性能与机械强度,可与钼、铌、钽等金属封接,有的用作电真空装置器件,75瓷和95瓷是广泛用作厚膜电路基板的陶瓷材料,薄膜电路用的陶瓷基板多采用97瓷或99瓷。
氧化铝基片的主要性能随着氧化铝含量的增加而提高,但氧化铝含量越高,陶瓷制备越困难,95瓷一般在1500℃以上烧成,而99瓷的烧成温度达到1700℃以上。
按照颜色来分,氧化铝陶瓷基片有白色、紫色、黑色三种,常见的氧化铝基板是白色,用作LED基板、高频电路基板等,但有些用途需要避免氧化铝基板反射光线.